沥青材料分类及应用，地沥青与混合沥青

沥青是一种有机结合料，它是由一些极其复杂的高分子碳氢化合物和这些碳氢化合物的一些非金属（氧、硫、氮等）的衍生物所组成的混合物。对于沥青材料的有关命名和分类，各国目前尚无统一标准。在我国，根据沥青的来源分两大类。

第一大类是由石油系统得到的，称为地沥青。地沥青按其产源又分为天然沥青和石油沥青两类。天然沥青是指石油在天然条件下，经长时间的地球物理因素作用最后所形成的产物。石油沥青是指石油经各种炼制加工后所得到的产品。

第二大类是由各种有机物（煤、页岩、木材等）干馏而得的焦油，经再加工所得到的产物，故称为焦油沥青。焦油沥青按其加工的有机物名称而命名，如由煤干馏所得到的煤焦油，经再加工后所得的沥青，即称为煤沥青。页岩沥青，按其技术性质接近石油沥青，按其加工工艺接近焦油沥青，目前分类暂归焦油沥青类。

以上这些类型的沥青，在道路建筑中最常用的是石油沥青和煤沥青两类，其次是天然沥青。

（一）石油沥青

1.石油的基属

石油是炼制石油沥青的原料，石油沥青的性质首先与石油的基属有关。我国目前的原油分类是按照“关键馏分特性”和“含硫量”进行分类的。一般分为石蜡基、中间基和环烷基。石油沥青的技术性质与原油的基属有密切的关系，环烷基原油生产的沥青技术性能较优，从沥青的质量考虑应首选环烷基原油，其次为中间基原油，最不宜采用的为石蜡基原油，当然，如果采用一些工艺措施，也可使其性能得到一定的改善。

2.石油沥青的生产工艺

从石油制各种石油沥青的生产工艺流程如图2-4所示。

图2-4　石油沥青生产工艺流程示意图

原油经常压蒸馏后得到常压渣油，再经减压蒸馏后，得到减压渣油。这些渣油都属于低标号的慢凝液体沥青。为提高沥青的稠度，以慢凝液体沥青为原料，可以采用不同的工艺方法得到粘稠沥青。渣油经过再减蒸工艺，进一步深拔出各种重质油品，可得到不同稠度的直馏沥青。渣油经不同深度的氧化后，可以得到不同稠度的氧化沥青或半氧化沥青。渣油经不同程度地脱出脱沥青油，可得到不同稠度的溶剂沥青。除轻度蒸馏和轻度氧化的沥青属于高标号慢凝沥青外，这些沥青都属于粘稠沥青。

有时为施工需要，希望在常温条件下具有较大的施工流动性，在施工完成后短时间内又能凝固而具有高的粘结性，为此在粘稠沥青中掺加煤油或汽油等挥发速度较快的溶剂。这种用快速挥发溶剂作溶剂的沥青，称为中凝液体沥青或快凝液体沥青。

为得到不同稠度的沥青，也可以采用硬的沥青与软的沥青（粘稠沥青或慢凝液体沥青）以适当比例调配，称为调配沥青。按照比例不同所得成品可以是粘稠沥青，亦可以是慢凝液体沥青。

快凝液体沥青需要耗费高价的有机溶剂，同时要求石料必须是干燥的。为节约溶剂和扩大使用范围，可将沥青分散于有乳化剂的水中而形成沥青乳液，这种乳液亦称为乳化沥青。为更好地发挥石油沥青和煤沥青的优点，选择适当比例的煤沥青与石油沥青混合而成一种稳定的胶体，这种胶体称为混合沥青。

3.石油沥青的化学元素组成

沥青是碳氢化合物，其化学成分和结构对沥青的性质有重要的影响。沥青的内部结构、形态主要取决于其分子形式的化学成分。沥青是复杂的化学混合物，是由碳氢化合物性质的分子含有少量结构上类似杂环的分子形式和有硫、氮、氧原子的官能团组成的复杂的混合物，还含有微量的金属，如钒、镍、铁、镁和钙，它们以无机盐、氧化物或紫菜碱结构形式存在。

对不同原油制造的沥青进行化学分析，结果显示大部分沥青主要成分为：碳82%～88%，氢8%～11%，硫0%～6%3氧0%～1.5%5氮0%～1%。

4.石油沥青化学组分分析

由于沥青化学组成结构的复杂性，以及目前分析技术的限制，要将沥青分离成纯粹的化合物单体，尚存在着许多困难。因此长时期来许多研究者都集中力量研究沥青的化学组分分析。化学组分分析就是利用沥青在不同有机溶剂中的选择性溶解或在不同吸附剂上的选择性吸附，而将沥青分离为几个化学性质比较接近而又与其胶体结构性质、流变学性质和路用性质有一定联系的几个组，这些组就称为沥青的“组分”。

我国曾采用由J·马尔库松法发展起来的“溶剂—吸附”法，对组分的定义如下：

（1）沥青中不溶于二硫化碳的组分称为“沥青碳”。

（2）溶于二硫化碳而不溶于苯的组分称为“似碳物”。

（3）溶于苯而不溶于正戊烷的组分称为“地沥青质”。

（4）溶于正戊烷为硅胶所吸附，但不为正戊烷所解吸而能为苯—甲醇所解吸的组分称为“树脂”。树脂中能溶于乙醇并为0.1N氢氧化钾（KOH）中和的组分称为“地沥青酸”，为lN氢氧化钾所中和的组分称为“地沥青酸酐”。

（5）溶于正戊烷为硅胶吸附，但能为正戊烷解吸的组分称为油蜡（即油分与石蜡的总称）。以丁酮—苯为脱蜡溶剂，在－20℃下冷冻分离，液态的组分为油，固态的组分为蜡。

“溶剂—吸附”法的优点是组分界限比较明确，组分含量能在一定程度上说明沥青的路用性能，它的主要缺点是分析流程复杂，分析时间较长。为避免这一缺点，国内近年来改用新近发展起来的“色谱分析”法。

按“溶剂—吸附”法将沥青分离为若干组分后，对各组分的进一步研究得出以下认识：

（1）油分。是淡黄色粘性液体，是沥青的最低分子量化合物，它在苯中的分子量大多在300～500，比重小于l.0。能溶于正戊烷、苯、石油醚等有机溶剂，但不溶解于酒精。油分能给于沥青流动性，它在沥青中的含量增加时，能降低沥青的稠度。

（2）树脂。是半固体的黄色或褐色的粘稠物质，其分子量大多在600～800，比重近于1.0。能在汽油、苯、氯仿中溶解并形成真溶液。树脂是中性的，它具有很强的染色力，0.005%的树脂足以把透明的油分染成淡黄色，沥青的颜色在很大程度上决定于它。树脂决定沥青的粘塑性性质，它有极好的延展性和粘结性，对沥青的延展性和粘结性以极大的影响。

（3）沥青质。是深褐色或黑色的无定形固体粉末，比重略大于1.0，它的分子量通常在1000～6000。能溶于苯、氯仿、二硫化碳和四氯化碳中，但不溶于正戊烷、石油醚中。在高温（300℃以上）时，沥青质不熔化而分解成气体与焦碳。也具有很强的染色力。沥青质最重要的特性是无限制地在某些溶剂里溶解而不形成饱和溶液。同时在能溶解它的溶剂（苯、二硫化碳等）中，自己首先溶胀；而在不溶解的溶剂（石油醚、酒精）中，则不溶胀。这些特性，表明了沥青质的胶体性质。可以认为，沥青质是典型的胶体，对溶剂显示亲液性时，则在其中膨胀和溶解；对溶剂显示憎液性时，则不膨胀也不溶解。沥青质决定沥青塑性状态的界限及沥青由固体变为液体的速度。沥青中沥青质含量愈高，其软化温度愈高，因之变为液体愈慢。沥青质在沥青中的含量适当时，能提高沥青的粘结性和热稳性，但含量太多，沥青便变得脆硬，塑性和延性都会降低。沥青质含量在大多数道路沥青中约为10%～30%，在很硬的氧化沥青中可高达50%以上。

（4）蜡。是含有16～55个碳（甚至更高）的烷烃化合物。在常温下多呈固体，故又称固体烃。蜡分为石蜡和地蜡两种。一般认为，当含有35%以下异构烷烃时为石蜡，含有35%以上异构烷烃时为地蜡。通常石蜡的分子量较低，呈片状结晶，晶体较大且容易形成，性极稳定；地蜡分子量较高，呈针状结晶，结晶困难，较石蜡的化学反应稍活泼。蜡可以溶液状态或以悬浮（结晶的）状态处于沥青中。后一种存在状态对沥青路用性能有很不利的影响，如热稳性差，粘结力小，改变沥青的胶体结构等；前一种存在状态则影响较小。

在国外的沥青中，中南美地区的原油含蜡量低，中东地区含蜡量中等，但一般都在10%以下，国产原油大多含蜡量很高。国外道路沥青含蜡量大都规定低于2%～4%，国产沥青则常在5%以上，而渣油更高，达10%～20%以上。

（5）沥青酸及地沥青酸酐。地沥青酸及地沥青酸酐是黑褐色树脂状物质（酸性树脂），极性最大，因而也是沥青中的具有表面活性的组分，它们易溶于酒精、苯、氯仿，难溶于石油醚。它们的比重大于1.0，按其结构，地沥青酸主要属于缩聚环烷酸。地沥青酸与环烷酸的区别在于含有硫，分子量更大，难溶于钠盐溶液中。

地沥青酸及其酐的含量在石油沥青中，通常不到1%，但在某些天然沥青中则可高达10%，它们能改善沥青对集料的润湿性，并能大大提高沥青与矿料粘附能力，特别是碳酸盐类岩石矿质集料的粘附强度。

（6）沥青碳和似碳物。它们均为深黑色粉末，前者不溶于四氯化碳，后者不溶于任何有机溶剂，比重大于1.0，是沥青中分子量最高的组分。在沥青中的含量通常不超过1.0%～2.5%。它们的存在会降低沥青的分散性和粘结性，使沥青在低温时发脆，故为沥青中的有害物质。

以上所有这些组分，本身仍然是多种不同化学结构的混合物，因此虽然作出了许多努力，但对它们的分子结构，至今仍只能得出推测性的平均分子结构。其基本规律是：按油分→树脂→沥青质的次序，分子量、比重、碳氢比、芳香性增大，颜色越来越深，从液态逐步变为固态。

5.沥青的胶体结构

一般认为，沥青各组分之间形成一种胶体结构；固态微粒的地沥青质是分散相，液态的油分是分散介质，而过渡性的树脂是起保护物质作用，使分散相能很好地胶溶在分散介质中。地沥青质是核心，通常是多个分子聚集在一起，树脂被其吸附在表面并形成溶胀弥散状态向外扩散，成为胶团而溶解于油分中。

按照沥青中油分、树脂和地沥青质的含量比例及芳香性质，可以形成不同状态的胶体结构。如按其胶体结构和流变特性，可分为溶胶、溶—凝胶和凝胶三种结构。液体沥青多属溶胶型沥青，在路用性质上，具有较低的温度稳定性。大多数优质的路用沥青都属于溶—凝胶型沥青，它具有粘—弹性和触变性，故亦称弹性溶胶。氧化沥青多属于凝胶型沥青，在路用性能上具有较好的温度稳定性，但低温变形能力差。

6.石油沥青的技术性质

石油沥青由于在热状态下对矿质材料具有良好的渗透、润湿和粘结作用，把松散的材料裹覆和粘结在一起，能够承受行车荷载和各种自然因素的长期作用而不破坏，从而成为现代道路的优良结合料。

因为沥青是一种粘弹性材料，在道路上它要受到自然因素（温度、空气、阳光、雨水等）和行车的影响。在冷却低温下变得硬脆和易碎，高温下易于流动，在温度、空气、阳光的影响下，以及在与矿料的相互作用下沥青本身性质上的变化，还有与矿料粘结的长期有效性等都对它的适用范围提出了一定的限制，或者说沥青要能适应各种道路的要求应具备一定的技术性质。包括以下几个方面：

（1）物理性质。石油沥青的物理性质以密度、介电常数和体积膨胀系数来表示。

（2）粘滞性。粘滞性是指沥青材料在外力作用下沥青粒子产生相互位移的抵抗变形的能力。沥青作为胶结材料，要把松散的矿质材料胶结为一整体而不产生位移。因此，粘滞性是沥青材料最为重要的性质。往往用沥青各种粘度、针入度、软化点判定。

（3）延性与脆性。沥青的延性是指当其受到外力的拉伸作用时，所能承受的塑性变形的总能力，通常是用延度作为条件延性指标来表征。以上所论及的针入度、软化点和延度是评价粘稠石油沥青路用性能最常用的经验指标，所以通称“三大指标”。沥青材料在低温下，受到瞬时荷载时，它常表现为脆性破坏。沥青脆性的测定极为复杂，通常采用A·弗拉斯脆点试验方法可以求出沥青达到临界硬度发生开裂时的温度作为条件脆性指标。

（4）沥青感温性。沥青是复杂的碳氢化合物形成的胶体结构，沥青的粘度随温度的不同而发生明显的变化，这种粘度随温度变化的感应性称为感温性。对于路用沥青，温度和粘度的关系是极其重要的性能。沥青混合料在施工过程中的拌和、摊铺和碾压以及铺筑后的使用期间，都要求沥青的粘度在一定的范围之内，否则将影响沥青路面的质量。由于沥青的化学组分和化学结构的差异，沥青的粘度—温度曲线变化是很复杂的，人们采用不同的方法进行研究，常用的方法有针入度指数（PI）法、针人度—温度指数（PTI）法、针入度—粘度指数（PVN）法等。在沥青的常规试验方法中，软化点试验也可以作为反映沥青温度感应性的方法。

（5）沥青的粘弹性。物体的粘弹性可以看做是粘性和弹性的结合，路面用溶凝胶型沥青可以看成是比较典型的粘弹性物体。路用沥青在高温下可呈流动状态，而在低温时逐渐呈现弹性性质。如果将温度固定，长时间荷载作用可使沥青接近粘性，而在短时间作用下则呈现弹性。沥青材料在路面实际应用的条件下，其变形呈弹—粘性。沥青变形的粘、弹性现象可以采用一些粘弹性模型来表示。

表征沥青材料粘性和弹性的联合效应，常采用“劲度模量”这一指标。劲度模量是指在一定温度和荷载作用时间的条件下，对于某一给定的沥青材料来说，弹性变形部分和永久变形部分的比例，与应力、载荷时间和温度有关。当变形量不大且载荷时间较短时，则以弹性变形为主，反之则以粘性变形为主。

（6）沥青的粘附性。沥青的主要功能之一是作为粘结剂将集料粘结成为一个整体。沥青与矿质集料的粘附性影响沥青路面的质量和耐久性，因此，粘附性是沥青的重要性质。评价沥青与集料粘附的方法很多，最常采用的是水煮水浸法和光电分光光度法。

（7）沥青的耐久性。路用沥青材料在储运、加热、与集料拌和、施工和长期使用过程中，受到储运、施工、自然因素和交通载荷等各种因素的作用，而使沥青发生一系列的物理和化学的变化，如蒸发、脱氢、缩合、氧化等等。沥青逐渐变硬变脆，改变原有的粘度和低温性能，这种变化称为沥青的老化。沥青路面应有较长的使用年限，因此要求沥青材料有较好抗老化性，即耐久性。

考虑到沥青混合料拌制过程将导致沥青性能的变化，我国国家标准（GB50092—96）规定：对中轻交通道路用石油沥青，应进行“蒸发损失试验”；对重交通道路用石油沥青应进行“薄膜加热试验”；对液体沥青，则应进行“蒸馏试验。”

（8）安全性。沥青材料在使用时必须加热，当加热至一定温度时，沥青材料中挥发的油分蒸汽与周围空气组成混合气体，此混合气体遇火焰则易发生闪火。若继续加热，油分蒸汽的饱和度增加，由于此种蒸汽与空气组成的混合气体遇火焰极易燃烧而引起火灾。为此，必须测定沥青加热闪火和燃烧的温度，即所谓闪点和燃点。

7.石油沥青的技术标准

根据我国国家标准（GB50092—96）4.2.1.1规定：于高速公路、一级公路和城市快速路、主干道铺筑沥青路面时，石油沥青材料的质量要求应符合表2-17的规定。当沥青材料来源确有困难时，高速公路、一级公路和城市快速路、主干路的下面层、联接层，可将技术要求中的含蜡量指标放宽至5%，15℃延度放宽至60cm（AH—50）及80cm（除AH—50外的其他标号），其他指标应符合要求。该要求按针入度将沥青分为AH—50、AH—70、AH—90、AH—110和AH—130等5个标号，提出了15℃延度的指标，采用了薄膜烘箱试验，制定了含蜡量不大于3%的规定。

表2-17　重交通道路石油沥青质量要求（GB500092—96）

续表

注1.有条件时，应测定沥青60℃温度的动力粘度（Pa·s）及135℃温度的运动粘度（mm2/s），并在检验报告中注明。
2.对高速公路、一级公路和城市快速路、主干路的沥青路面，如有需要，用户可对薄膜加热试验后的15℃延度、粘度等指标向供方提出要求。

根据国标（GB50092—96）4.2.1.2规定，除4.2.1.1规定的其他等级的公路与城市道路，石油沥青材料的质量要求宜符合表2-18的规定。该规定是按针入度值划分为A—60、A—100、A—140、A—180、A—200号等5个标号，其中A—60和A—100按延度指标又划分为甲、乙两个副标号。此外，该标准对软化点、溶解度、蒸发损失、蒸发后针入度比以及闪点等的要求，亦都作了相应的规定。

表2-18　中、轻交通道路石油沥青质量要求

注　当25℃延度达不到100cm以及15℃延度不小于100cm时，也认为是合格的。

液体石油沥青适用于透层、粘层及拌制常温沥青混合料。根据使用目的与场合，可分别选用快凝、中凝、慢凝的液体石油沥青。液体石油沥青使用前应由试验确定掺配比例。根据规定，按凝结速度分为快凝AL（R）、中凝AL（M）和慢凝AL（S）三个等级，快凝液体沥青按粘度分为AL（R）—1和AL（R）—2两个标号，中凝和慢凝液体沥青按粘度分为AL（M）—1～AL（M）—6和AL（S）—1～AL（S）—6等六个标号。见表2-19。除粘度的要求外，对不同温度的蒸馏馏份含量及残留物的性质、闪点和含水量等亦提出相应的要求。(www.xing528.com)

表2-19　道路用液体石油沥青质量要求

注1.本表根据中华人民共和国国家标准（GB50092—96）。
2.粘度使用道路沥青粘度计测定，CT，d的脚标第一个数字T代表温度（℃），第二个数字代表孔径（mm）。

（二）煤沥青

煤沥青是将烟煤在隔绝空气条件下进行干馏，制取焦碳或煤气后所得副产品——煤焦油，再经蒸馏而制得的产品，故亦称煤焦油沥青。当煤焦油进行蒸馏时，温度低于270℃时分离出轻油和部分中油后，所得产品为液体或半固体，称为软煤沥青。当蒸馏温度超过270℃时，不仅分离出轻油、中油，还将重油和部分蒽油分离出来，所得产品为固体状，称为硬煤沥青。

路用煤沥青多系高温（700℃以上）煤焦油的加工产品，其低沸点碳氢化合物少，可保证一定的温度稳定性；用低温煤焦油加工的煤沥青，其低沸点碳氢化合物及不饱和物质含量较高，因此煤沥青路用性质较差。

煤沥青的化学结构极为复杂，它可分离为数千乃至万余个结构单元，它们是以高度缩聚的芳核以及其含氧、氮和硫的衍生物的混合物。煤沥青和石油沥青相类似，也是一种复杂胶体分散系，游离碳和硬树脂组成的胶体微粒为分散相，油分为分散介质，而软树脂则吸附于固态分散胶粒周围，逐渐向外扩散，并溶解于油分中，使分散系形成稳定的胶体物质。

煤沥青与石油沥青相比，在技术性质上有以下差异：

（1）煤沥青的温度稳定性较低。煤沥青是较粗的分散系，其中软树脂的温度感应性较高，所以煤沥青受热易软化。因此加热温度和时间都要严格控制，更不宜反复加热，否则易引起性质急剧恶化。

（2）煤沥青与矿质集料的粘附性较好。在煤沥青组成中含有较多数量的极性物质（含有酸、碱性物质），它赋予煤沥青较高的表面活性，所以它与矿质集料具有较好的粘附性。

（3）煤沥青的气候稳定性较差。煤沥青的化学组成中含有较高含量的不饱和芳香烃，这些化合物有相当大的化学潜能，它在周围介质（空气中的氧、日光中的温度和紫外线以及降水）的作用下，老化进程（粘度增加，塑性降低）较石油沥青快。

（4）煤沥青含对人体有害成分较多，臭味较重。

煤沥青的技术指标主要有粘度，粘度是评价煤沥青质量最主要的指标，它表示煤沥青的粘结性。煤沥青的粘度取决于液相组分和团相组分在其组成中的数量比例，当煤沥青中油分含量减少、固态树脂及游离碳含量增加时，则煤沥青的粘度增高。由于煤沥青的温度稳定性和大气稳定性均较差，故当温度变化或“老化”后其粘度即显著地变化。煤沥青的粘度测定方法与液体沥青相同，粘度是确定煤沥青标号的主要指标，根据标号不同，常用的温度和流孔有C30，5，C30，10，C50，10，C60，10四种。此外，评价煤沥青的技术性能还须进行蒸馏、含水量、甲苯不溶物含量、萘含量、酚含量试验等。

煤沥青按其在工程中的应用要求不同，首先是按其稠度分为：软煤沥青（液体、半固体的）和硬煤沥青（固体的）两大类。软煤沥青又按其粘度和有关技术性质分为九个标号，见表2-20。道路工程主要是应用软煤沥青。

表2-20　道路用煤沥青质量要求

续表

注1.本表根据的是中华人民共和国要求（M 0672—93）和中华人民共和国黑色冶金行业标准煤沥青筑路油技术标准（YB/T 030—92）。
2.粘度使用道路沥青粘度计测定，CT，d脚标第1个数字代表测试温度（℃），第2个数字代表粘度计孔径（mm）。

（三）乳化沥青

乳化沥青是将粘稠沥青加热至流动态，经机械作用使之分散成为微小液滴（粒径2～5μm），稳定地分散在有乳化剂—稳定剂的水中，形成水包油（O/W）型的沥青乳液。

乳化沥青在筑路方面的应用已有近百年历史，早期使用阴离子沥青乳液，50年代开始，欧洲各国发展了阳离子沥青乳液，乳化沥青的应用更为广泛，应用于从路面的维修直至修筑包括表面处治、稀浆封层、贯入式以及沥青混合料等所有的路面类型，还可用于旧有沥青路面的冷再生。

乳化沥青所以能够得到广泛的应用，是由于它具备以下的优越性：

（1）可冷态施工，节省大量能源，并减少环境污染，有利工人健康。

（2）乳化沥青具有良好的工作性，可均匀分布在集料表面，有较好的粘附性，可节省沥青用量。

（3）可延长施工季节，乳化沥青特别是阳离子乳化沥青施工，几乎可以不受阴湿或低温季节影响，能及时进行路面的维修和养护。

乳化沥青是由沥青、水、乳化剂及稳定剂组成。其中沥青是乳化沥青中的基本成分，在乳化沥青中占55%～70%。一般来说，几乎各种标号的沥青都可以乳化，道路上采用制造乳化沥青的沥青的针入度范围多在100～200之间。沥青的原油基属、化学组成和结构对乳化沥青的制作和形成后的性质有重要的影响。一般认为沥青中活性组分较高者较易乳化，含蜡量较高的沥青较难乳化，且乳化后储存稳定性欠佳。一般来讲，相同油源和工艺的沥青，针入度较大者易于形成乳液。但沥青的选择，应根据乳化沥青在路面工程中的用途而定。水是乳化沥青中的第二大组分，水的性质会影响乳化沥青的形成。一般要求水不应太硬，水的pH值和钙、镁等离子对乳化都有影响，通常认为1L水中氧化钙含量不得超过80mg，并且不应含有其他杂质。乳化剂是乳化沥青的重要组分，它的含量虽低（一般为千分之几），但对乳化沥青的形成起关键作用。乳化剂一般为表面活性物质，称为表面活性剂。有天然产物和人工合成制品，现工程中主要采用人工合成的表面活性剂。乳化剂按其能否在水中解离生成离子而分为离子型乳化剂和非离子型乳化剂两大类。离子型乳化剂按其解离后亲水端所带的电荷的不同而分为阴离子型、阳离子型和两性离子型等三类。为了改善沥青乳液的均匀性，减缓颗粒之间的凝聚速度，提高乳液的稳定性，增强与石料的粘附能力，常在乳液中加入一定的稳定剂。掺加稳定剂还可能降低乳化剂的使用剂量。稳定剂分为无机和有机两类。

沥青乳液中沥青能够以“微滴”形式稳定地分散在乳化剂—稳定剂的水溶液中，根据研究其原理表明，当无乳化剂存在时，沥青与水体系不能形成稳定的乳状液，即使这种体系经机械作用将沥青呈微滴分散于水中，沥青也会迅速聚结而使分散体系分为两层。掺入乳化剂后，则可使这种分散体系稳定而不聚结或分层。乳化剂是一种表面活性物质，它的分子可以模拟为两个基团组成的长链形分子，一端是溶于油（沥青）的亲油基，另一端是溶于水的亲水基，这种化合物又称为两亲分子化合物，溶于水中时具有明显的趋向性。由乳化剂分子的这两种基团将油滴（沥青微滴）与水连接起来，降低了沥青与水之间的界面张力（亦即减少了沥青微粒缩小表面积而趋于结块的趋势），使沥青与水两者之间成为易于溶合状态，则沥青乳液就能稳定而不凝聚或分层。如图2-5、图2-6所示。

图2-5　乳化剂在沥青与水界面定向排列

图2-6　乳化剂在沥青微滴表面形成界面膜

将沥青加热至热熔状态，经机械作用，使沥青以细微液滴状态分布在含有乳化剂的水溶液中，成为水包油状的乳状液，这一过程即乳化过程。根据沥青的品种、标号和性质，以及路面结构类型、施工工艺对乳化沥青分裂速度的要求，通过试验确定乳化剂、稳定剂的品种及剂量。沥青乳化设备中除了沥青和水的加热储存及流量控制设备之外，最重要的就是乳化机的选定，目前我国常用的乳化机有三类：胶体磨类乳化机、齿轮泵型均化器和搅拌器。其他技术环节还有：温度的控制、流量控制、乳液的储存和外运。

为使沥青发挥其粘结功能，必须使沥青乳液中的沥青与水分离，使沥青微滴相互聚结，在集料表面形成连续的整体薄膜，这就是乳化沥青的分裂。沥青乳液得以分裂的原因主要是：

（1）沥青乳液与集料接触后，由于乳液中沥青微粒所带电荷与集料表面所带电荷的吸附作用，阴离子沥青乳液与表面上带正电荷的碱性集料（如石灰石、白云石）有较好的吸附，阳离子沥青乳液与表面上带负电荷的酸性石料（如硅质岩石，花岗岩等）有较好的吸附。在潮湿状态下，集料表面普遍带负电荷，因此阳离子沥青乳液易与潮湿集料结合。

（2）研究认为，阳离子乳液具有高振动性能，因此它可以穿过集料表面的水膜，与集料表面紧密结合。还有人认为，阳离子沥青乳液有一定的游离酸，pH值小，游离酸与碱性集料起作用，生成氯化钙和带负电荷的碳酸离子，它与裹覆在沥青粒子周围的阳离子中和，因此沥青微粒能与集料表面紧密相连，形成牢固的沥青膜，乳液中的水分很快分离出来。

（3）乳液中的水分由于蒸发或被石料吸收而产生分解、破乳。

（4）施工中拌和、辗压等机械作用而使沥青乳液分解。

乳化沥青用于修筑路面，不论是阳离子型乳化沥青（代号C）还是阴离子型乳化沥青（代号A），都有两种施工方法：①洒布法（代号P）。如透层、粘层、表面处治或贯人式沥青碎石路面；②拌和法（代号B）。如沥青碎石或沥青混合料路面。乳化沥青按其分裂速度，可分为快裂、中裂和慢裂三种类型。各种牌号乳化沥青的用途与技术要求见表2-21、表2-22。

表2-21　乳化沥青的用途

表2-22　道路用乳化沥青技术要求

注1.乳液粘度可选用沥青标准粘度计或恩格拉粘度计测定，C25，3表示测试温度25℃和粘度计孔径3mm，E25表示在25℃时测定。
2.贮存稳定性一般用5d的，如时间紧迫也可用1d的稳定性。
3.PC、PA、BC、BA分别表示洒布型阳离子、洒布型阴离子、拌和型阳离子、拌和型阴离子乳化沥青。
4.用于稀浆封层的阴离子乳化沥青BA—3型的蒸发残留物含量可放宽至55%。

（四）改性沥青

沥青作为胶结材料用于路面工程，经受高温、低温等气候因素和重复荷载的作用，要求它具有足够的粘结性，高温不流淌，低温不脆裂，并有一定的耐久性。近年来由于交通运输的迅速发展，交通量和汽车轴载迅速增加、行驶渠化，因此对沥青和沥青混合料的性能提出了更高的要求。一方面要求沥青混合料具有高温稳定性，不产生车辙；另一方面要求具有低温抗裂性、抗疲劳性，并延长路面的使用年限。要兼顾上述各种技术要求而取得综合效果，对沥青结合料的要求逐步提高，因此改性沥青的研究和应用更显重要。

常用沥青改性剂有以下几类：

（1）填充剂。碳黑、天然沥青、纤维、硫磺等。以提高稳定性、耐久性，减少车辙、鼓包、裂纹和剥落。

（2）有机表面活性化合物。聚胺、聚乙烯基醋酸脂（EVA）、苯乙烯—丁二烯粘结剂、聚乙烯等。提高刚度和韧性，降低温度敏感性，提高抗滑性等。

（3）热塑性聚合物。聚乙烯基醋酸脂、聚苯乙烯—丁二烯等。提高耐久性、抗裂纹及永久变形能力。

（4）液态热致聚合物。苯乙烯基聚合物等。改善老化前后延伸性能及低温柔韧性。

（5）固性聚合物。苯乙烯—丁二烯橡胶乳、聚氯丁烯等。抗车辙和裂纹，提高路面弹性、韧性，减缓老化。

（6）助粘剂。铵基化合物、金属铵基化合物、石灰等。加强石料和沥青的粘结力和防水性，减少水的破坏。

（7）抗老化剂。沥青质胶溶剂、石灰等。增进沥青质胶溶、减缓沥青氧化、减轻聚合物改性沥青的硬化过程。

（8）氧化剂。是一种溶于烃类的含锰可溶性油基皂。提高耐受车辙及其他变形能力。

改性沥青是将改性剂采用一定的工艺加入沥青，使之变细，均匀稳定地分散于沥青当中。改性工艺是改性剂发挥改性效果的保证，同时也是决定改性沥青能否得到推广应用的一个关键因素。

对于高分子聚合物，目前常用的改性工艺有以下几类：

（1）机械搅拌法。直接将改性剂加入到热的沥青中去，在机械产生的剪切、挤压及对流和热力的综合作用下，使改性剂不断变细，并均匀地分布于沥青当中。

（2）溶剂法。将聚合物溶于有机溶剂中，再掺入到热沥青中，搅拌均匀后，回收溶剂，聚合物就以细小颗粒分布于沥青中。

（3）胶粉法。将橡胶磨成粉状，而后采用干法或湿法制成橡胶改性沥青。

（4）胶体磨。将聚合物与沥青一同加入间隙可以精确调整的胶体磨中混磨，从而形成均匀细分布的改性沥青。

此外，还有胶乳法制备改性乳化沥青和胶乳改性沥青、塑炼共混法以及二次掺配法等。

沥青中加入改性剂后，其胶体结构发生变化，需采用一些能够反映改性沥青技术特性的试验方法和技术指标进行评价。常采用的方法为低温延度（10℃，7℃，5℃，4℃）、脆点、T1，2当量脆点、测力延度、回弹率、粘韧性试验（半球法）、离析、薄膜烘箱试验、针入度比以及扭转回弹试验等，如果有条件的话，可以测定改性沥青的粘温曲线，可以更好地反映沥青经改性后的流变特性，并且从施工易操作性考虑应控制135℃的粘度。

目前我国根据改性沥青的实践拟定了改性沥青的技术指标的要求，在实践的基础上将不断完善。